BETON YOLLARDA YENİ TEKNOLOJİLER SİLİNDİRLE SIKIŞTIRILAN BETON

Transkript

1 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ BETON YOLLARDA YENİ TEKNOLOJİLER SİLİNDİRLE SIKIŞTIRILAN BETON YÜKSEK LİSANS TEZİ Oktay ÇETİN Anabilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Programı: Ulaştırma Mühendisliği HAZİRAN 2009

2 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ BETON YOLLARDA YENİ TEKNOLOJİLER SİLİNDİRLE SIKIŞTIRILAN BETON YÜKSEK LİSANS TEZİ Oktay ÇETİN Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 4 Mayıs 2009 Tezin Savunulduğu Tarih : 2 Haziran 2009 Tez Danışmanı : Diğer Jüri Üyeleri : Doç. Dr. Murat ERGÜN (İTÜ) Doç. Dr. Osman Nuri ÇELİK (SÜ) Yrd. Dç. Dr. Şükriye İYİNAM (İTÜ) HAZİRAN 2009

3 ÖNSÖZ Bu çalışmada; rijit üstyapıların, teknik ve ekonomik üstünlükleri üzerinde durulmuş ve geleneksel beton kaplamalara göre yeni bir beton kaplama türü olan Silindir ile Sıkıştırılan Betonun yol inşaatlarında kullanılma olasılığı araştırılmıştır. Tez çalışmasının tüm aşamalarında göstermiş olduğu sabırlı yaklaşım ve yardımları sebebiyle sayın Hocam Doç Dr. Murat ERGÜN e ve her zaman yanımda olarak bana güç veren eşim Nihan ÇETİN e teşekkür ederim. Bu konu ile ilgili çalışmaların faydalı olmasını dilerim. Haziran 2009 Oktay Çetin İnşaat Mühendisi iii

4 iv

5 İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ... iii İÇİNDEKİLER...v KISALTMALAR...vii ÇİZELGE LİSTESİ...ix ŞEKİL LİSTESİ...xi ÖZET... xiii SUMMARY...xv 1. GİRİŞ ve ÇALIŞMANIN AMACI RİJİT ÜSTYAPILARIN TARİHÇESİ ÜSTYAPI TİPİ SEÇİM ESASLARI Üstyapı Tipi Seçiminde Teknik Ölçütler Üstyapı Tipi Seçiminde Ekonomik Ölçütler Rijit Üstyapı - Esnek Üstyapı Karşılaştırması DÜNYADAKİ ve ÜLKEMİZDEKİ RİJİT ÜSTYAPI UYGULAMALARI Fransa Avusturya Almanya Hollanda Belçika Amerika Birleşik Devletleri Türkiye Adana'da ilk rijit üstyapı uygulamaları Afyonkarahisar'daki rijit üstyapı uygulamaları RİJİT ÜSTYAPILARDA KULLANILAN MALZEMELER Çimento Bağlayıcılar Çimentonun Özellikleri Çimentonun fiziksel özellikleri Çimentonun mukavemet özellikleri Çimentonun rötre özellikleri Agregalar Çelik Donatılar Karma Suyu Katkı Maddeleri...57 Sayfa v

6 5.6 Beton Koruma (Kür) Malzemeleri Derz Dolgu Malzemeleri RİJİT ÜSTYAPI TİPLERİ Derzli Donatısız Tipteki Rijit Üstyapılar Derzli Donatılı Tipteki Rijit Üstyapılar Sürekli Donatılı Tipteki Rijit Üstyapılar SİLİNDİR İLE SIKIŞTIRILAN BETONLAR SSB Üretiminde Kullanılan Malzemeler SSB Karışım Tasarımı SSB Kaplamalar İçin Tasarım Yöntemleri Karıştırma ve taşıma Serme Sıkıştırma Derzler Kür işlemi Üstünlük ve Sakıncaları Üstünlükleri Sakıncaları SONUÇLAR...81 KAYNAKLAR...83 ÖZGEÇMİŞ...85 vi

7 KISALTMALAR AC ATB CBR CRCP CTB JPCP JRCP KGM PCA PCC SSB : Asphalt Cocnrete : Asphalt Treated Base : California Bearing Ratio : Continuously Reinforced Concrete Pavements : Cement Treated Base : Jointed Plain Concrete Pavements : Jointed Reinforced Concrete Pavements : Karayolları Genel Müdürlüğü : Portland Cement Association : Portland Cement Concrete : Silindirle Sıkıştırılan Beton vii

8 viii

9 ÇİZELGE LİSTESİ Çizelge 3.1 : Teknik parametrelere göre üstyapı seçimi 11 Çizelge 3.2 : Ekonomik parametrelere göre üstyapı seçimi 16 Çizelge 3.3 : Rijit esnek üstyapı kıyaslaması 23 Çizelge 4.1 : AB ülkeleri ve ülkemizde karayolu varlığına ilişkin 26 bazı göstergeler Çizelge 4.2 : Avusturya karayollarının üstyapı tiplerine göre yol 29 uzunlukları. Çizelge 5.1 : Çimento bileşiklerinin yaydıkları hidratasyon ısıları 44 Çizelge 5.2 : Beton agregalarının özellikleri 49 Çizelge 5.3 : Beton agregasında maksimum yabancı madde miktarı 53 (TS 706) Çizelge 5.4 : Çizelge 7.1 : Çizelge 7.2 : Beton çelik çubukları ve çelik hasırları sınıflandırma ve özellikler SSB ve geleneksel beton kaplaması üretiminde kullanılan malzemelerin karşılaştırılması Agrega gradasyon sınırları Sayfa ix

10 x

11 ŞEKİL LİSTESİ Sayfa Şekil 2.1 : 1920 ile 1930 lu yıllarda rijit üstyapı uygulamaları 3 Şekil 2.2 : Kayar kalıp sistemi ile rijit üstyapı uygulaması 5 Şekil 3.1 : Esnek ve rijit yol üstyapılarında yük dağılımı 8 Şekil 4.1 : Berlin yakınlarında 1930 lu yıllarda inşa edilen Alman 31 otobanı rijit üstyapısı Şekil 4.2 : Dreve de Lorraine Karayolu, Brussels; 1925 yılında 34 boyuna derz olmadan inşa edilmiş olan derzli rijit üstyapı Şekil 4.3 : Adana Mavi Bulvar (Yapım yılı: 1986, 2x2 şerit) 36 Şekil 4.4 : Adana Turgut Özal Bulvarı (Yapım yılı: , 2x3 37 şerit) Şekil 4.5 : Adana Adnan Menederes Bulvarı (Yapım yılı: 1987, 2x2 37 şerit) Şekil 4.6 : Adana Özdemir Sabancı Bulvarı (Yapım yılı: 1994, 2x2 37 şerit) Şekil 4.7 : Adana İncirlik Hava Üssü çevre güvenlik yolu beton 38 dökümü Şekil 6.1 : Derzli donatısız tipteki rijit üstyapılar 62 Şekil 6.2 : Derzli donatılı tipteki rijit üstyapılar 63 Şekil 6.3 : Sürekli donatılı tipteki rijit üstyapılar 64 Şekil 7.1 : Şekil 7.2 : Şekil 7.3 : Willow Creek Barajı Agrega gradasyonu karşılaştırması Kaplama maliyetlerinin karşılaştırılması Şekil 7.4 : Beton asfalt ve beton yollarda durma mesafeleri 78 Şekil 7.5 : Beton asfalt ve beton kaplamalarda sıcaklığa bağlı 79 olarak yakıt tüketimi Şekil 7.6 : Beton asfalt ve beton kaplamalarda gece görüşü 79 xi

12 xii

13 BETON YOLLARDA YENİ TEKNOLOJİLER SİLİNDİRLE SIKIŞTIRILAN BETON ÖZET Bu çalışmada, geleneksel beton kaplamalara göre yeni bir beton kaplama türü olan Silindir ile Sıkıştırılan Beton kaplama yöntemi ortaya konmuştur. Sıkıştırılmış beton; hızlı inşa edilebilir, sağlam ve devamlı bir beton olarak kullanıldığı baraj inşaatı teknolojisinden uyarlanmıştır. Yol inşaatlarında, silindirle sıkıştırılmış beton genel olarak temel tabakalarında taşıma tabakası olarak kullanılmakla beraber kaplama tabakası veya kaplama tabakasının bir katmanı olarak da kullanılabilir. Karayollarında, kaplama tabakası çimento betonundan yapılan rijit üstyapı, kaplama tabakası asfalt betonu olan esnek üstyapı ve bu iki yapının beraber kullanıldığı kompozit üstyapı olmak üzere değişik tipte üstyapılar bulunmaktadır. Çalışmada, ara tipler ihmal edilerek birbirinden tamamen farklı olan esnek ve rijit üstyapılar, çeşitli seçim ölçütleri çerçevesinde karşılaştırılmıştır. Bu seçim ölçütleri temel anlamda teknik ve ekonomik ölçütler olmak üzere ayrılmış ve üstyapı tipi seçimi yapılırken bu ölçütlerle beraber ülke koşullarının da dikkate alınması gerektiği vurgulanmıştır. Gelişmiş ülkeler dahil hemen her ülkede yolcu ve yük taşımasında karayolu taşımacılığının önde olduğu görülür. Çalışmada, dünyadaki ve ülkemizdeki rijit üstyapı uygulamaları örnekler verilerek ortaya konmuş ve beton yolların Türkiye de özellikle ağır trafik yükü olan, zayıf zemin özellikleri gösteren, sıcak iklimli bölgelerde tercih edilen bir üstyapı tipi olabileceği öngörülmüştür. Rijit üstyapı tipleri ve rijit üstyapılarda kullanılan malzemeler hakkında bilgi verilen çalışmada ideal bir beton için mukavemet, işlenebilirlik ve durabilitenin aynı anda sağlanması gerekliliği ortaya konmuştur. Çalışmanın geri kalan bölümleri geleneksel beton kaplamalara göre yeni bir beton kaplama türü olup, karıştırılması, serilmesi ve sıkıştırılması, beton kaplamalarda kullanılana benzer teknikler kullanılarak yapılan silindirle sıkıştırılmış betonun oluşumu, tabaka inşası, mekanik özellikleri ve uygulama alanları hakkında bilgi verecektir. Silindirle sıkıştırılmış betonun geleneksel beton kaplamaya göre düşük çimento, uçucu kül ve su oranına sahiptir, ancak SSB de ince agrega oranı yüksektir. Ülkemizde kaçınılmaz bir gereklilik olan rijit üstyapıların gerek kaynak gerekse mühendislik (uygulama) açısından son derece avatajlı olduğu ve yeni bir rijit üstyapı tipi olan Silindir ile Sıkıştırılan Beton kaplamanın havaalanı pist ve taksi yolları, lojistik depolar, konteyner yükleme sahaları, tank park alanları gibi mukavemet, dayanıklılık ve ekonominin çok önemli olduğu düşük hızlı ve ağır taşıt trafiğine sahip yollarda uygun bir seçim olacağı sonucuna varılmıştır. xiii

14 xiv

15 NEW TECHNLOGIES IN RIGID PAVEMENTS ROLLER COMPACTED CONCRETE SUMMARY Roller Compacted Concrete pavement, which is a new pavement technology compared to conventional Rigid pavements are presented in this study. Roller concrete has been adopted from dam-building technology, where it is used as a rapidly constructed and durable solid concrete. In road construction, roller compacted concrete is predominantly used in foundations, as a supporting layer. For surfacing or as a layer of surfacing. There are different types of pavements for highways such as rigid pavements bonded by cement concrete, flexible pavements bonded by asphalt and composite pavements includes both type. Rigid pavements and flexible pavements which are completely different from each other are compared by various criterions. These criterions are divided basicly as technical and echonomical measurements and it`s emphasized to take the conditions of the country into consideration while the type of pavement is being choosen. Even in developed countries highway transportation is the first choice for both passenger transportation and freight business. Rigid pavement applications from our country and from the different sides of world are presented in this study and it has been foreseen that rigid pavements can be a selection in our country specially under heavy traffic loads and at regions with lean base and warm climates. Rigid pavement types and the materials used for this pavement type are displayed at this study and it has been observed that for an ideal concrete three characteristics; high workability, high strength, and high durability should be provided. The rest of the study will give information about the composition and the layer construction, as well as about the mechanical properties, execution and application areas of roller compacted concrete pavement, which is a new pavement technology compared to conventional rigid pavements. Roller compacted concrete contains lower cement, water and fly ash content but relatively small grain diameter compared to conventional concrete It has been observed that rigid pavements which has unavoidable necessity in our country has advantages both on material sources and on engineering applications and it has been concluded that the new rigid pavement technology Roller Compacted Concrete pavement is an adequate selection for low speed, heavy traffic applications such as airport runway and taxi roads, logistic depots, container loading areas, tank parking areas. xv

16 xvi

17 1. GİRİŞ ve ÇALIŞMANIN AMACI Yol üstyapıları imal edildikleri malzemeye bağlı olarak, esnek yapılar ve rijit yapılar olmak üzere ikiye ayrılır. Esnek yol üstyapıları, yüzey tabakaları bitümlü malzeme, temeli bitümlü ya da granüler malzeme olabilen, alttemeli daima granüler malzeme olan üstyapılardır. Rijit üstyapılar ise yüzey tabakası Portland çimentosu betonu olan ve bazen granüler bir alttemel tabakası üzerine oturan kaplamalardır. Portland çimentosu günümüzde dünyadaki bir çok yapıda tercih edilen madde olarak ortaya çıkmıştır. Bunun sebebi betonarme yapıların inşa, malzeme ve bakım maliyetlerinin düşük olmasına bağlanabilir. Betonun dayanıklı olması ve kısa sürede inşa edilebilmesi gibi iki önemli çekici etken düşünülünce, beton teknolojisinde sürekli gelişmeler olması yadırganamaz. Ülkemiz karayollarında 1950 yılından bu yana uygulanmaya devam eden bitümlü kaplamaların; dünyada petrol fiyatlarındaki artışın beraberinde getirdiği bitümlü malzeme fiyat artışları ve ülke trafiğinde ağır taşıt oranının toplam trafik içinde %50 nin üzerinde pay alması sebebiyle yola verdikleri yıpranma zararı hesaba katıldığı vakit mevcut yol ağımızı oluşturan esnek yol üstyapılarının yeni teknolojilerle desteklenmesi gereği aşikardır. Bu çalışmada; rijit üstyapıların, teknik ve ekonomik üstünlükleri üzerinde durulmuş ve geleneksel beton kaplamalara göre yeni bir beton kaplama türü olan Silindir ile sıkıştırılan beton (SSB) kaplamaların yol inşaatlarında kullanılma ihtimali araştırılmıştır. 1

18 2

19 2. RİJİT ÜSTYAPILARIN TARİHÇESİ Eski çağlarda kireç-puzolan harcı ile bağlanmış taş ve agregalardan oluşan yol kaplamalarının kullanıldığı bilinmektedir. Belgelenmiş olan ilk rijit üstyapı Amerika Birleşik Devletleri- Ohio Bellefontin kasabasında George Batholomew tarafından 1891 yılında inşa edilmiştir. George Batholomew bu proje girişiminden önce yapacağı üstyapının en az 5 yıl dayanacağına dair 5000 dolarlık garanti bedeli yatırmak zorunda kalmıştır. Ancak yapacağı üstyapının 100 yıldan daha uzun bir süre için hizmet vereceğini düşünememişti veya rijit üstyapılar adına sahip olduğu düşüncenin dünyanın her bir yanına yayılacağını bilememiştir. 12 Kasım 1991 de Batholomew in torunları, kasaba halkı ve ilgili resmi devlet daireleri Amerika da rijit üstyapıların doğuşunun yüzüncü yılını kutlamak için bir araya gelmişlerdir. [8] 1920 ile 1930 yılları arasında rijit ve diğer tip üstyapıların taşınma, yerleştirme, sıkıştırma ve tamamlama işlemleri elle yapılan iş gücüne dayanmaktaydı. Şekil 2.1 : 1920 ile 1930 lu yıllarda rijit üstyapı uygulamaları. [8] 3

20 Amerika Birleşik Devletlerinde motorlu taşıt kullanımın artışı ile rijit üstyapılar için belirli koşulların belirlenmesi gereği ortaya çıktı. Bundan dolayı, daha iyi yol yapım metotları ile tanışılmış olundu ve mekanik kaplama doğmuş oldu. Beton yolların yaygınlaşması 20.Yüzyılın ortalarına doğru hız kazandı. Yüzyılın ilk yarısında A.B.D. ye ilaveten Fransa ve Belçika da, daha sonra Almanya da beton yollar yapılmıştır lu yıllarda 2. Dünya Savaşı na hazırlanan Almanya da beton otoyolların uzunluğu 4000 km yi bulmuştur yılları arasında İngiltere deki rijit üstyapıların çoğu, kaplamanın her iki yanına yerleştirilmiş olunan raylar üzerinde ilerleyen mekanik kaplayıcılar aracılığı ile yapılmaya başlanmıştır. A.B.D. de 1957 yılında başlayan Eyaletlerarası Otoyol Sistemi tamamlandığında önemli bölümü beton kaplama olarak km den fazla yol yapılmıştır. Bu gün A.B.D. de bazı büyük şehirlerin çevre yolları da beton kaplamadır. Son 50 yıl içerisinde Belçika, Fransa, Almanya ve Avustralya ya ilaveten Avusturya, İspanya, İngiltere, Kanada ve Güney Afrika gibi ülkelerde beton yollar yapılmıştır. Son yıllarda Hindistan ve Çin de büyük beton yol projeleri başlatılmıştır. [9] Zamanla yüksek verimlilik ve uygulanabilirlik özelliğinden dolayı kayar-kalıp sistemi ile kaplama işlemi en çok kullanılan metot haline gelmiştir. Kayar-kalıp tipli kaplayıcılar kenar kalıplarına ihtiyaç duymadan hazırlanmış alt-temel üzerinde hareket ederek gerekli sıkıştırma ve düzeyleme işlemini aynı anda gerçekleştirebilirler. Kayar-kalıp sistemi, Iowa Eyaleti Karayolları komisyonunda malzeme mühendisi olarak çalışan J. W. Johnson tarafından geliştirilmiştir. [8] Günümüzdeki mekanik kaplama araçları eskiye göre daha karmaşık hale gelmiş ve otomatikleştirilmiştir. Bu tip araçlar birden fazla şeridi tek bir geçişte yerleştirebilmektedirler. 4

21 Şekil 2.2 : Kayar kalıp sistemi ile rijit üstyapı uygulaması [8] 5

22 6

23 3. ÜSTYAPI TİPİ SEÇİM ESASLARI Günümüzde, motorlu taşıt trafiğindeki sürekli artışlar ve kaynak sağlanmasındaki güçlükler karşısında, yeni karayolu yapmaktan çok, mevcut karayolu üstyapılarının gelecekteki yoğun ve ağır trafiğe cevap verebilecek şekilde yenilenmesi önem kazanmaktadır. Gerek yeni karayolu yapımında, gerekse üstyapı yenileme çalışmalarında üstyapı seçimi büyük önem taşımaktadır. Zira karayollarında üstyapı tipi seçimi, değişik ve çok sayıdaki ölçütlere dayandırılması gereken kapsamlı bir konu özelliği taşımaktadır. Seçim yapılırken, üstyapı tipleri teknik ve ekonomik bakımdan karşılaştırılmalı ve ülke koşulları da dikkate alınarak, karara varılmalıdır. 3.1 Üstyapı Tipi Seçiminde Teknik Ölçütler Dıştan gelen yüklerin taban zeminine iletilmesi Yol üstyapısını, esnek ve rijit olmak üzere iki esas gruba ayırmak olanaklıdır. Esnek ve rijit üstyapılar, trafik yükünü taban zeminine iletme ve tahrip olma şekilleri yönünden farklılık göstermektedir (Şekil 3.1). 7

24 Şekil 3.1 : Esnek ve rijit yol üstyapılarında yük dağılımı [3] Alttemel, temel ve kaplama tabakalarından oluşan esnek üstyapılar, altyapının deformasyonlarına kolayca uyabileceğinden, zayıf ve sıkışabilir taban zeminleri için uygun gibi görünmektedir. Trafik yüklerinin bu tabakalardan geçerek taban zeminine iletilmesi, zemin içindeki klasik yük dağılışı gibi olmakta, yani, tekerlek yükleri altında esnek üstyapı, deforme olmakta ve her tabaka, üzerine gelen yükü bir alttakine biraz daha yayarak iletmektedir. Böylece, taban zeminine ulaşan yük kısmen büyük bir alana yayılmış olmaktadır. Esnek üstyapıda oluşan gerilmelerin değeri, yolun en üst tabakasından alta doğru inildikçe düştüğü için, kullanılacak malzemelerin mekanik özellikleri de bu gerilme dağılışına uygun olarak seçilmektedir. Rijit üstyapılar, taban zemini üzerine yapılan beton plaktan oluşmaktadır. Don, pompaj, şişme-büzülme olaylarına karşı ise, beton kaplama ile taban zemini arasında kaplama altı tabakası yapılmaktadır. Beton plağın elastisite modülü taban zemininin elastisite modülünden çok büyüktür. Bu bakımdan beton yol, elastik zemine oturan bir kiriş şeklinde çalışmakta ve trafik yüklerini bu esasa göre, esnek üstyapıya nazaran daha geniş bir alana yayarak, taban zeminine iletmektedir. Taban zemini ile sürekli temas halindeyken, beton yol zemine oturan elastik kiriş gibi çalıştığından, taşıma gücü taban zemininin direncine bağlı olmayacaktır. Bu nedenle, rijit üstyapılar zayıf taban zeminleri üzerinde esnek 8

25 üstyapılara nazaran daha iyi sonuç vermektedir. Çek Cumhuriyeti, Avusturya, Hollanda, ABD ve İngiltere gibi birçok ülkenin teorik çalışmaları ve deneyimleri de bu hususun doğruluğunu ortaya koymuş bulunmaktadır. [1] Trafik Trafik hacmi ve yıllık trafik artış oranı yüksek, ayrıca trafik içindeki ağır taşıt miktarı yüksek olan yollar için rijit üstyapı daha uygun olmaktadır. Çelik lif takviyeli beton yollar ve sürekli betonarme yollar, normal beton yola nazaran daha pahalı olmakla birlikte, son yıllarda ABD de ve çok az sayıda Avrupa ülkesinde (Belçika da) yoğun trafik yükleri taşıyan yolların kaplanması ve onarımında kullanılmaktadır. Beton yollar, endüstrileşme düzeyi ne olursa olsun, bütün bölgelerde uygulanabilir bir teknolojiye sahip bulunmaktadır. Düşük trafik artışları halinde ise, kademeli inşaata elverişli esnek üstyapı ile gelişen trafiğe cevap vermek mümkün olabilmektedir. [1] İklim Mevsimler arasında büyük sıcaklık farklılıkları bulunan, kara ikliminin hakim olduğu bölgelerde, asfalt betonunun viskoelastik davranışlı bir malzeme olması nedeniyle, yazın tekerlek izi oluşmasına direnç gösteren, kışın ise çatlamayan bir bitümlü karışımın formüle edilmesi güç olmaktadır. Bu tip bölgelerde rijit üstyapıların kullanılması daha uygun olmaktadır. Ancak bu durumda, beton plaklar arasındaki derzler kışın çok açılacaktır. Bu da pompaj olayını kolaylaştırmaktadır. Derz boşluklarını uygun malzeme ile doldurmak, kayma demiri kullanmak ve beton plak ile taban zemini arasına granüler malzemeden kaplama altı tabakası oluşturmak suretiyle pompaj olayı sakıncası giderilebilmektedir. [1] Malzeme Asfalt betonunda bağlayıcı malzeme olarak kullanılan bitüm, termoplastik bir malzeme olup, sıcaklığa bağlı olarak gevrek elastik, elasto-plastik, viskoelastik ve viskoz olmak üzere değişik reolojik hallerde bulunmaktadır. Bitümün bu özelliği asfalt betonunun özelliklerine de yansımaktadır. Bu nedenle, asfalt betonunun plentte hazırlanması, yola serilmesi ve yolda sıkıştırılması sırasında, şartnamede belirtilen sıcaklık değerlerine titizlikle uyulması gerekmektedir. Beton yolda bağlayıcı olarak kullanılan çimentonun özellikleri sıcaklığa bağlı olmadığından, bu sakınca bulunmamaktadır. 9

26 Asfalt betonunun gerilme-deformasyon ilişkileri, yükleme hızının ve sıcaklığın fonksiyonu olduğundan, çimento betonu gibi sabit bir elastisite modülü ve Poisson oranı bulunmamaktadır. Üstyapı projelendirme yöntemleri genellikle elastik varsayımlara dayandığından, esnek üstyapıların projelendirilmesi, rijit üstyapıya göre daha karmaşıktır. Bu güçlük yolun takviyesi sırasında da kendini göstermektedir. Bitümlü bağlayıcıların yapısı, kaplamanın yapımından birkaç yıl sonra, bağlayıcı içindeki uçucu bileşenlerin ortamdan uzaklaşması ve bağlayıcının okside olması ile bozulmaktadır. Bitümlü bağlayıcıların yaşlanması adı verilen bu olay, bağlayıcının sertleşmesi, daha az uzaması, agregaya adezyonun azalması şeklinde kendini göstermektedir. Rijit üstyapılarda, sıcaklık ve nem farkı ile, trafik yüklerinden ileri gelen gerilmeler altında beton plak çatlayabilmekte, bu bakımdan, çatlamayı önlemek ve çatlakların belirli yerlerde oluşmasını sağlamak amacıyla derzler yapılarak, kaplamayı serbest hareket eden plaklar halinde bölmek gerekmektedir. Diğer taraftan, ani sıcaklık değişimleri beton plağın altı ve üstü arasında sıcaklık farkı doğurmakta, plağın kamburlaşmasına, eğilme gerilmelerinin artmasına yol açmaktadır. Nem farkı da benzer etkiler yaratmaktadır. [1] Onarım ve Bakım Kolaylığı Beton yolun trafiğe açılabilmesi için, betonun prizini tamamlamasını beklemek gerekmektedir. Bu ise, yapım ve onarım sırasında yolun kısmen veya tamamen trafiğe kapatılmasını gerektirmektedir. Yolu trafiğe tamamen kapatma halinde, servis yolu yapılmakta ve bu da doğal olarak ek bir maliyete neden olmaktadır. Buna karşılık, bitümlü kaplamaların yapım ve onarımında, bitümlü bağlayıcının kurumasına yetecek kadar bir zaman geçmesi üzerine, yani yapımdan birkaç saat gibi kısa bir zaman sonra yolu trafiğe açmak mümkün olabilmektedir. Ancak, bitümlü kaplamalar, çimento betonu yollara nazaran daha kolay bozulmakta, dolayısıyla da daha sık bakım ve onarım gerektirmektedir. [1] 10

27 Konfor ve Güvenlik Her iki kaplama türü, ilk yapıldığında, güvenli, konforlu ve zevkli bir seyir sağlamaktadır. Beton yollar açık renkleri nedeniyle, gece koşullarında kolay görünmekte, siyah renkli asfalt betonu yollarda ise, durum tam tersi olmaktadır. Üstyapı seçimini etkileyen teknik parametreler Çizelge 3.1 de özetlenmiştir. Çizelge 3.1 : Teknik parametrelere göre üstyapı seçimi. [3] Üstyapı Tipi Esnek Üstyapı (Kaplama tabakası Rijit Üstyapı (Kaplama tabakası Teknik asfalt betonu-bsk) çimento betonu) Parametre Taban zemini taşıma değeri (CBR) 20 > CBR > 6 CBR < Trafik Büyük trafik hacmi Yüksek yıllık artış oranı Düşük yıllık artış oranı Yüksek ağır taşıt oranı Yüksek sıcaklık (ve farkı) - ++ Onarımdan kaynaklanan - + gecikme Çizelgede ( + veya ++ ) işareti uygun olma durumunu, ( - ) işareti ise, elverişsiz olma durumunu göstermektedir. 3.2 Üstyapı Tipi Seçiminde Ekonomik Ölçütler Ekonomik karşılaştırma yapılabilmesi için, farklı zamanlarda yapılan harcamaların aynı yıla dönüştürülmesi, güncellenmesi gerekmektedir. Güncelleme için, faiz ve iskonto hesaplarından faydalanılmaktadır. Üstyapı tipi seçiminde göz önüne alınacak ekonomik ölçütler dört başlık altında toplanmaktadır: 11

28 1- Toplam Ekonomik Maliyet Üstyapı tipi seçiminin en önemli ölçütü, uzun bir zaman dilimi, proje ömrü için hesaplanan toplam ekonomik maliyettir. Bir karayolunun gerçek ekonomik maliyeti, ilk yapım maliyeti, proje ömrü süresindeki bakım maliyeti ve bakım işlemleri nedeniyle ortaya çıkacak kullanma açısından gecikme maliyetlerinin toplamı olmaktadır. [1] İlk Yapım Maliyeti Bir üstyapının ilk yapım maliyeti hesaplanırken, aşağıda belirtilecek bazı çalışmaların yapılması gerekmektedir. Bunlar: - Kullanılacak malzemelerin cins, miktar ve kaynaktaki maliyetlerinin tespiti, - Malzemelerin taşıma maliyeti, - İşçilik giderleri, - İnşaat makineleri ile ilgili masraflar ve - Sabit masraflar olarak sıralanabilir. Beton yolların ilk yapım maliyeti genellikle asfalt yollardan yüksektir. Ancak, asfalt üretiminde kullanılan ham petrolün çok büyük bir kısmının ithal edilmesine karşılık, Türkiye bugün çimento üretimi bakımından Dünyanın ve Avrupa nın önde gelen ülkeleri arasında yer almaktadır. Ülkemizde 5 adet rafineriye karşılık, ülkenin bütün bölgelerine dağılmış ve uluslararası standartlara uygun çok sayıda çimento fabrikası ve hazır beton üretim tesisi bulunmaktadır. Bu bakımdan beton yollar asfalt yollara göre, malzeme bakımından, daha avantajlı görünmektedir. Bakım-Onarım Maliyeti Trafik ve iklim koşulları yolun bozulmasına neden olan iki önemli etkendir. Bu etkilere karşı koymak, düzenli bakım yapmak suretiyle sağlanabilmektedir. Optimum bir bakım programında en önemli husus, üstyapının durumunun iyi bir şekilde bilinmesi olmaktadır. 12

29 Rijit üstyapılar, yıllık hizmet süreleri için projelendirilmektedir. Beton yollarda yüzey yenileme ve takviye işlemlerine gerek duyulmamaktadır. Projelendirme ve yapım işlemlerinin uygun şekilde gerçekleştirilmesi halinde, beton yollar tüm hizmet ömürleri boyunca az miktarda bakım gerektirmektedir. Beton kaplamaların zor ve pahalı onarımlara neden olabilecek projelendirme ve yapım hatalarına esnek üst yapılardan daha duyarlı olması nedeniyle, başlangıçtan itibaren yüksek projelendirme ve yapım standartlarına göre yapılması gerektiği vurgulanması zorunlu bir husus olmaktadır. Diğer yandan, beton yollarda, derzi oluşturan iki komşu beton plak arasına konmuş olan bağlantı demirleri, bu plakların birbirine kıyasla düşey yönde hareket etmesini önlemektedir. Gerek trafik yükü etkisi, gerekse ısıl koşullar nedeniyle, plakların yatay yönde gözle seçilemeyecek düzeyde yer değiştirmeler yapması kaçınılmaz olup, esasen bu durum, dilatasyon derzinin de yapım amacını oluşturmaktadır. Derz dolgu maddesi, zaman içinde meydana gelen sürekli genleşme ve büzülme etkisiyle, istenen niteliğini kaybetmekte, ayrıca komşu plakların derze bitişik kenar ve köşeleri de zamanla aşınmakta veya kırılmaktadır. Böylece, derz bölgesi, beton yolun içine ince malzemelerin girmesine yol açan ve su geçişine izin veren zayıf bir kesit haline gelmektedir. Bu durumda, önce derz boşluğu tamamen boşaltılıp, beton kenarlar ve yüzeyleri tel fırçalarla iyice temizlenmekte ve temiz hale gelen derz boşluğu, alt dolgu malzemesi olan dilatasyon latası konduktan sonra dökülen mastik asfalt ile doldurulmaktadır. Hava kabarcıklarının çıkmasından sonra da üst yüzey kum ile örtülmektedir. Genellikle 20 yıllık bir süre için projelendirilen esnek üstyapılar, rijit üstyapılardan oldukça farklı bir bakım ve onarım ömrüne sahiptir. Esnek üstyapılı yollarda görülen yerel bozuklukların her kış mevsimi sonunda bakımı dışında, ilk 5 yıldan sonra, küçük onarımlar ve yüzey kaplaması gerekebilmekte, 10. yılda, yol yüzeyinin büyük bir olasılıkla yenilenmesi ve pürüzlendirilmesi gerekmekte, bir 5 yıl daha geçtikten sonra, ilk 5. yıldaki gibi yüzey yapısını restore etmek gerekmektedir. 20 yıl sonunda ise, esnek üstyapılı yol tasarım ömrünün sonuna geleceğinden, yapının yeni bir üstyapı ile takviyesi zorunlu olmaktadır. Bunların dışında, temel ve alttemel tabakalarının onarım ve değiştirilmesi gibi çok önemli bakım çalışmaları gerekli olabilmektedir. 13

30 Yolu Kullananlara Maliyet Normal durumlarda, lastik eskimesi, yağ, yakıt tüketimi gibi işletme masrafları, her iki üstyapı tipinde eşit durumda bulunmaktadır yıllık hizmet ömrü süresinde, yol bakım çalışmalarının yol açtığı gecikmeler esnek üstyapılarda büyük ekonomik zararlara yol açmaktadır. Beton yollarda bu sakınca yok denecek kadar azdır. [1] 2- Ülkede Mevcut Yolların Üstyapı Durumu Mevcut bir yol üstyapısının takviyesi için beton yollar ekonomik olmamaktadır. Bu nedenle, ülkedeki yolların üstyapısının esnek olması halinde, takviyenin asfalt kaplama ile yapılması uygun olmaktadır. Üstyapının temel ve kaplama tabakalarının değiştirilmesinin gerekli olduğu yenileme çalışmalarında ancak rijit üstyapı seçeneği de dikkate alınabilmektedir. 3- Finansman Kaynakları ve Güncelleme (İskonto) Oranı Üstyapı tipinin seçimi, bu yapım işinin finanse edilme şeklinden de etkilenebilmektedir. Bu açıdan, yalnızca yapım giderlerinin finanse edildiği durumlarda rijit üstyapılar tercih edilmektedir. Bunun tersine, artan trafiğe cevap verebilmek için art arda tabakaların yapılması gibi bir kademeli inşaat stratejisi gerektiren, sınırlı yatırım kaynakları ve yüksek iskonto oranı gibi durumlarda, esnek üstyapıları kullanmak daha avantajlı olmaktadır. Ancak, bu tip stratejilerde üstyapıyı sürekli olarak yeterli bir hizmet düzeyinde tutmak için yüksek bakım fonları gerekmektedir. [1] 4- Enerji Tüketimi Enerji sorunlarının ciddilik düzeyi, zamana ve ülkelere göre değişkenlik göstermektedir. Buna ek olarak, yol yapımında kullanılan enerji, bu yolları kullanan taşıtların yakıt tüketimi yanında genellikle az kalmaktadır. Buna karşılık, kaplama yapım stratejisinin seçiminde, en önemli ölçütler olan yapım ve bakım giderlerinin yanı sıra, problemin enerji yönü de dolaylı olarak seçimi etkileyebilmektedir. Fransa da yol yapım, bakım ve onarım çalışmalarında harcanacak enerji miktarlarının, esnek ve rijit üstyapılar için hesaplanıp karşılaştırılması sırasında, malzemelerin elde edilmesi, taşınması, yol için gerekli karışımların hazırlanması, yola serilmesi için tüketilen enerji miktarları dikkate alınmıştır. 14

31 Karşılaştırma sonunda bulunan sonuçlar aşağıdaki şekilde özetlenebilmektedir. - Asfalt enerji veren bir madde olarak alınırsa, günlük ortalama trafiğin 3000 in üstünde olması halinde, rijit üstyapıların yapımı esnek üstyapılardan daha az enerji gerektirmektedir. [1] - Asfalt, enerji vermeyen bir malzeme gibi düşünülürse, rijit üstyapılarda esnek üstyapıdan fazla enerji kullanıldığı görülmekte, trafik hacmi düştükçe bu fark artmaktadır. [1] - Yüksek trafik hacmi halinde, 25 yıllık bir periyot için, beton yolların bakımında esnek yollardan daha az enerji tüketildiği ortaya çıkmakta, düşük trafik hacmi halinde ise, iki üstyapı tipinin bakım masrafları birbirine yaklaşmaktadır. [1] - Günlük ortalama trafiğin 750 nin üstünde olması halinde ilk yapım ile 25 yıllık bakım için tüketilen enerji miktarı, beton yollarda esnek tipten daha az olmaktadır. [1] Ülkemiz koşullarına göre yapılan hesaplamalarda da benzer sonuçlar bulunmuştur. Üstyapı seçimini etkileyen ekonomik parametreler Çizelge 3.2 de özetlenmiştir. Teknik ölçütlere göre seçim yapılması durumunda, taşıma gücü zayıf taban zemini, büyük hacimli trafik, yüksek yıllık trafik artış oranı, yüksek ağır taşıt miktarı, yüksek sıcaklık durumlarında rijit üstyapılar, büyük trafik hacmi, düşük yıllık trafik artış oranı durumlarında esnek üstyapılar uygun olmaktadır. Ekonomik ölçütlere göre üstyapı seçimi yapıldığı takdirde, ömür boyu toplam maliyet, çimento, cüruf, uçucu külün bol ve kolay bulunması ve enerji azlığı durumlarında rijit üstyapılar, ülkedeki ilk yapım maliyeti ve iskonto oranının yüksek olması halinde ve takviye çalışmalarında esnek üstyapılar uygun olmaktadır. 15

32 Çizelge 3.2 : Ekonomik parametrelere göre üstyapı seçimi. [3] Üstyapı Tipi Esnek Üstyapı (Kaplama Ekonomik Parametre tabakası asfalt betonu-bsk) İlk yapım maliyeti + - Ömür boyu toplam maliyet - + (ilk yapım+bakım+gecikmeler) Çimento, cüruf, uçucu külün - + bol ve kolay bulunması + - Mevcut üstyapıların esnek olması Rijit Üstyapı (Kaplama tabakası çimento betonu) Yüksek iskonto oranı + - Enerji azlığı - + Çizelgede (+) işareti uygun olma durumunu, (-) işareti de elverişsiz olma durumunu göstermektedir. Ancak, üstyapı tipi seçiminde, teknik ve ekonomik ölçütlerin birlikte dikkate alınması uygundur. Ölçütlerin tek olarak değerlendirilmesi, en uygun çözüm için yeterli olmamaktadır. 3.3 Rijit Üstyapı - Esnek Üstyapı Karşılaştırması Gerek karayolu yapımında, gerekse üstyapı yenileme çalışmalarında, üstyapı seçimi büyük önem taşımaktadır. Çünkü karayollarında üstyapı seçimi, değişik ölçütlere dayandırılması gereken kapsamlı bir konudur. Bu seçim yapılırken üstyapı tiplerini teknik ve ekonomik yönden karşılaştırmak ve ülke koşullarını da dikkate almak gerekir. Günümüzde motorlu taşıt trafiğindeki sürekli artış ve kaynak sağlanmasındaki güçlükler karşısında çabalar, yeni karayolu yapmaktan çok mevcut karayolu üstyapılarının, gelecekte yoğun ve ağır trafiğe yanıt verebilecek şekilde yenilenmesi üzerinde yoğunlaşmaktadır. Karayollarında, kaplama tabakası çimento betonundan yapılan rijit üstyapı, yarı-riit üstyapı (karışık üstyapı) ve kaplama tabakası asfalt betonu olan esnek üstyapı olmak üzere değişik tipte üstyapılar kullanılmaktadır. Konuda, ara tipler ihmal edilerek, birbirinden tamamen farklı yapıda olan esnek ve rijit üstyapılar, teknik, ekonomik, çevresel ve estetik yönler dikkate alınarak şöyle karşılaştırılabilir: 16

33 1- Mevcut üstyapılar, beton asfalt kaplamalı olup bunlarda sadece kaplamanın değişmesi şeklinde bir onarım gerekiyorsa, bu takviye çalışması için yine beton asfalt kaplama uygulaması daha uygundur. Fakat onarım, temel ve kaplamanın değişmesi şeklinde yapılacaksa bu takdirde beton yol uygulaması seçeneğinin de göz önünde bulundurulması gerekir. Nitekim kaplamanın beton asfalt ile takviye ile yenilenmesi durumunda yol, yine eski durumuna getirilmiş olunacak, fakat rijit plak yapımında o yolun kalitesi, belirgin bir şekilde yükselmiş olacaktır. Bu husus, teknik ve ekonomik parametrelerin kıyaslanacağı ciddi bir fizibilite çalışması gerektirir. 2- Beton asfalt kaplamalar, serilip sıkıştırıldıktan birkaç saat sonra trafiğe açılabilmektedir. Buna karşılık rijit üstyapıların trafiğe açılması için en az 7 gün beklenmesi ve betonun belirli bir dirence ulaşım süresinin geçmesi gerekmektedir. Ancak bu husus, beton içine yapım sırasında katılan prizi ve sertleşmeyi çabuklaştırıcı katkı maddeleri ile giderilmekte ve rijit üstyapının trafiğe açılabilme süresi azaltılabilmektedir. Esasında bu tarz uygulama, rijit üstyapı zorunlu sayılır. Çünkü gecikme sonucu rijit üstyapı uygulaması olan yerlerde trafiğe yol vermek amacı ile servis yollarına gerek duyulmakta, bu da ek masrafa yol açmaktadır. 3- Rijit üstyapılar demir donatı kabul eden tek üstyapı tipidir. Gerektiği zamanlarda, derzlerde, sürekli donatılı tipteki rijit üstyapılarda, çatlamalara karşı plak üst yüzeyine yakın yerlerde çelik donatı kullanılmaktadır. Maliyeti artıran bir husus olmakla beraber çelik donatının kullanılabilecek olması, rijit üstyapı ömrünü daha da arttıran bir avantaj sayılır. 4- Beton asfalt kaplamalı üstyapılarda her türlü onarım, kolay bir şekilde hatta trafik altında dahi yapılabilmektedir. Nitekim beton asfalt kaplama çok kolay bir şekilde yama tutabilen bir malzemedir. Rijit üstyapılarda ise bu onarım çok daha zahmetli olup plağın kırılması ve yerine yeni plağın dökülmesi gerekir. Betonun demir donatının bulunması ve bunun da kesilip yeniden yapım zorunluluğu, ayrıca yeni dökülen betonun da belirli bir süre bekletilmesi gereği, bunun yaratacağı gecikme ve yolun o kısmının yine de zayıf kalabilecek olması gibi hususlar 17

34 rijit üstyapının esnek üstyapılara karşı zayıf yönleridir. Fakat rijit üstyapılar, çok daha dayanıklı bir kaplama türü olup, çok az bakım ve onarım gerektirir bu nedenle uzun vadede dikkate alındığında, onarımı çabuk ve kolay olmasına karşılık çok sık periyotlarda onarım gerektirecek olması, esnek üstyapıların rijit üstyapılara karşı zayıf yönünü ortaya çıkarmaktadır. 5- Gerek esnek üstyapılarda, gerekse rijit üstyapılarda, yüzeydeki kayma sürtünme katsayıları hemen hemen aynıdır ve 0.60 ile 0.90 arasında değişmektedir. Fakat her iki üstyapının da ıslak koşullar altında olduğu durumlarda, rijit üstyapı yüzeyindeki kayma sürtünme katsayısındaki azalma, esnek üstyapıya kıyasla çok daha azdır. Bu da rijit üstyapıların, güvenlik yönünden çok önemli bir üstünlüğünü oluşturur. [1] 6- Esnek üstyapılar, üzerlerine gelen yükleri bir alt tabakaya yayarak iletirler. Kaplamadan temele, temelden alt temele ve nihayet alt temelden taban zeminine iletilen yükler, her bir tabaka geçişinde gittikçe yayılmakta ve daha geniş bir alana dağılmaktadır. Dolayısı ile, her bir tabakada kullanılan malzemenin mekanik özellikleri de, tabakalardan aşağı azalan gerilme değerlerine paralellik gösterir. Taban zemini zayıfsa ve çeşitli gerilmeler altında beton asfalt kaplama da deforme olan bu profili izlemekte ve sonuçta yolun en üst düzeyinde çeşitli ondülasyonlar veya oturmalar gözlenmektedir. Rijit üstyapı plağı ise, elastik bir zemine oturan bir kiriş gibi çalışır ve üzerine gelen yükleri çok daha geniş bir alana yayarak taban zeminine iletir. Rijit üstyapının taşıma gücü, taban zeminin direncine bağlı değildir. Bu nedenle rijit üstyapılar, zayıf taban zeminleri üzerinde, esnek üstyapılara kıyasla daha iyi sonuçlar vermektedir. Çekoslovakya, Avusturya, Hollanda, Amerika, İngiltere gibi birçok ülkedeki teorik çalışmalar, bu konunun doğruluğunu ortaya koymuştur. Bunun bir sonucu olarak ağır trafik altındaki yollarda, rijit üstyapı uygulaması, dayanıklılığı sebebiyle çok daha iyi ve uygun sonuçlar verir. [2] 18

35 7- Yapım ilerleme hızları yönünden esnek üstyapılarda uygulama hızı, plent kapasitesine, plent ile döküm yeri arasındaki uzaklığa, döküm ve sıkıştırmadaki çabukluğa bağlıdır. Rijit üstyapılarda aynı konu, transmikserlerin kapasitesine ve sayısına, imalat yeri ile döküm yeri arasındaki uzaklığa, döküm sırasındaki vibrasyon ve perdahlama işlerinin çabukluğuna bağlı kalmaktadır. Burada ilerleme hızı yönünden esnek üstyapılar, zamanla meydana gelecek ısı kaybının yaratacağı sorunlar da dikkate alınarak, daha çabuk uygulanmak zorundadırlar. 8- Petrol üreten veya petrol gereksinmelerinde herhangi bir sorunu bulunmayan ülkelerde esnek üstyapılar ekonomik olmakta, buna karşılık çimento üretimi yönünden ileri düzeyde bulunan ülkelerde, rijit üstyapıların daha rantabl olduğu görülmektedir. 9- Her iki kaplamanın sıkıştırılmasında büyük farklılıklar bulunmamaktadır. Esnek üstyapıların kaplamalarının belirli bir ısıda iken (125 0 C) dökülmesi ve sıkıştırılması gerekir. Bu ısı değerindeki düşmelerde, sıkıştırma iyi bir şekilde gerçekleşmemekte ve belirli bir ısının altındaki asfalt betonu, yumuşaklığını kaybetmekte, kaplamada da boşluk yüzdesi artmaktadır. Bu da sonuç olarak, nitelik yönünden istenen düzeyin altında bir kaplama tabakası ile sonuçlanır. Rijit üstyapılar ise vibratörle sıkıştırılmakta olup ısı kaybı gibi bir sorun, kaplamalar için söz konusu değildir. 10- Bir alt temel, temel ve beton asfalt kaplamadan oluşan esnek üstyapının toplam kalınlığı, rijit plak ve altında kumlu yastık tabakasından oluşan rijit üstyapının toplam kalınlığına kıyasla çok daha fazladır. Bütün tabakalarda ana-malzeme, agregadan oluşmaktadır. Bu nedenle sonuçta, eşdeğer niteliklere sahip olsalar dahi, esnek üstyapı yapımı için gerekecek agrega miktarı, rijit üstyapıya göre daha fazla olmaktadır. Agrega kalitesi yönünden ise, esnek üstyapılar için çok kaliteli agreganın kullanılması zorunludur. Buna karşılık rijit üstyapılarda, daha düşük kalitedeki agreganın da kullanımına olanak bulunmaktadır. 19

36 11- Sürekli donatılı tipteki rijit üstyapı dışındaki diğer rijit üstyapılarda belirli aralıklarla derz yapılması zorunludur. Gerek rijit plakta oluşabilecek çatlakların gelişigüzel yayılmasını önleyip bir kesite toplayan, gerekse rijit plağın genleşmesine ve büzülmesine olanak veren bu derzler, buna karşılık rijit kaplamanın zayıf noktalarını oluşturmakta, belirli zamanlarda kontrol ve bakım gereksinmesi göstermekte ve sonuç olarak da ek bir maliyeti beraberinde getirmektedir. Bunun yanı sıra, hele istenen düzeydeki kalitede yapılmamışlarsa belirli bir gürültüye ve konfor eksikliğine de neden olan bu derzler, esnek üstyapılarda yapılmaz ve esnek kaplama olması nedeniyle kendi bünyesi içinde genleşip büzülebilen asfalt yollarda bu durum, belirli bir avantaj sayılır. 12- Her iki kaplama türü de iyi bir şekilde uygulanma koşulu ile hemen hemen aynı konfora sahiptir. Fakat açık rengi sebebiyle rijit üstyapılar, gece karanlığında da görülebilmekte, esnek üstyapılar gece karanlığında, herhangi bir çizgileme veya reflektörlü sınır taşları yapımı uygulanmamışsa, far ışığı altında dahi yeterli görülememektedir. 13- Esnek üstyapılarda bağlayıcı olarak kullanılan asfalt malzemesi, bünyesinde çeşitli uçucu maddeleri içermekte ve bu uçucu maddelerin zamanla kaybolması sonunda da kaplamada yaşlanma adı verilen bir tür gevrekleşme ve eskime görülmektedir. Bu yaşlanma ile niteliklerinin ve özelliklerinin büyük bir kısmını kaybeden esnek üstyapılar ayrıca benzin, motorin, fuel oil, yağ, tuz gibi maddelerin yol üzerine dökülmesi ile de kimyasal yapılarında değişmeler gösterir. Kaplamanın olumsuz yönlerde değişmesine yol açan bu durum çok kere yol güvenliği açısından da büyük tehlikeler yaratabilecek boyutlara ulaşmaktadır. Rijit üstyapılarda ise kullanılan bağlayıcı çimento olup herhangi bir uçucu madde içermemektedir. Bu nedenle sözü edilen yaşlanma olgusu, rijit kaplama için söz konusu değildir. Bunun yanı sıra, yukarıda sayılmış olan ve eritici özelliği bulunan kimyasal maddelerin beton yol üzerine dökülmesi durumunda da rijit üstyapının hiçbir özelliğinde değişme görülmemektedir. 20

37 14- Üst yüzeyi atmosfere açık olan rijit plağın alt yüzeyi ise taban zeminine oturmaktadır. Bu nedenle belirli bir kalınlığa sahip olan bu plağın alt ve üst yüzeyleri arasında belirgin ısı farkları veya ani ısı değişiklikleri olduğunda, plağın alt ve üst düzeylerinde farklı gerilmelerin oluşturacağı farklı genleşmeler görülebilir. Bu da, çekme direnci fazla olmayan rijit plağın çatlamasına yol açabilmektedir. 15- Esnek kaplamaların yapım ve uygulama aşamalarında, ısıtma ve kurutma işlemlerinin bulunması nedeniyle çevre kirliliğinin ortaya çıktığı görülmüştür. Rijit üstyapı yapımının ve uygulamasının hiçbir aşamasında böyle bir sorunla karşılaşılması söz konusu değildir. 16- Beton asfalt üretimi, daha pahalı santraller (plentler) gerektirmektedir. Ayrıca esnek üstyapılar rijit üstyapılara kıyasla daha fazla enerji harcanması sonunda yapılır. Enerji sorunun bulunduğu yerlerde rijit üstyapı uygulaması daha uygun ve ekonomik sayılmaktadır. 17- Petrol damıtan rafinerilerin sayısının az olduğu ülkelerde, esnek üstyapıların bağlayıcısı olan asfaltın, çeşitli plent veya santrallere taşınması ve nakledilmesi, yüksek bir ulaşım maliyetini de beraberinde getirmektedir. Aynı sorun çimento üreten fabrika sayısının azlığı durumunda da yaşanır. Çimento fabrika sayısının yüksek ve dağılımının da yaygın olduğu ülkelerde taşıma ve ulaşım maliyeti büyük ölçüde düşmektedir. 18- Esnek kaplamalarda taban zeminindeki nem oranının en çok %2 olması istenir. Bunu üzerindeki bir değerde nem oranına sahip olan taban zeminlerinde, esnek kaplama uygulaması son derece sakıncalı olup bu durum, üstyapının özellikle de kaplamanın ömrünü büyük ölçüde azaltır. Rijit üstyapılarda ise böyle bir sorun bulunmamakta ve hatta iyi bir kenetleme için taban zemininde nemlilik, hatta ıslaklık aranmaktadır. 19- Malzeme olarak esnek kaplamalar, sıcaklıkla çok yakın ilişki içindedir. Plentte veya santralde yapımının belirli bir ısı değerinin üzerinde gerçekleşmesi zorunluluğu, sonra da yüksek ısıda korunup döküm yerine iletilme, dökülme ve ısı kaybı olmadan da sıkıştırma zorunluluğu, aynı 21

38 zamanda iyi ve uygun iklim koşullarına gereksinme gösterir. Nitekim, bir esnek kaplamanın yapımı ve uygulanması için hem kuru hem de sıcak bir hava gerekmektedir. Bu koşullar, uygulaması iklime bağlı olan esnek kaplamaların yapım zamanını ve süresini büyük ölçüde kısıtlar. Rijit üstyapılar için böyle bir sakınca söz konusu değildir. Aşırı yağışın ve aşırı derecede bir soğuk havanın ( 5 0 C nin altında ) olmadığı her zamanda rijit üstyapı uygulaması yapılabilmektedir. Bu nedenle rijit üstyapıların, yıl içindeki uygulama süresi toplamı, esnek üstyapılarınkine kıyasla çok fazladır. 20- Rijit üstyapı uygulamasında, esnek üstyapı uygulamasına kıyasla daha fazla sayıda kalifiye elemana ihtiyaç duyulur. Rijit üstyapının ekonomik yönü, gerekse yapımında daha fazla özen gerektirmesi yönü açısından rijit üstyapı aleyhine gibi görünen bu husus, aslında rijit üstyapı lehinde büyük bir kalite avantajını beraberinde getirmektedir. Daha fazla sayıdaki kalifiye eleman gereksinmesi, daha yüksek düzeydeki bir kalite anlamına gelir. Bu nedenle rijit üstyapı seçiminin bir kalite seçimi olduğu unutulmamalıdır. Yukarıda 20 madde içinde belirtilmiş olan rijit-esnek üstyapı kıyaslaması, Çizelge 3.3 te özetlenmiştir. Bu çizelgeden de anlaşılabileceği gibi her iki üstyapı türü için de avantajlı ve uygun olan durumların yanı sıra uygun olmayan ve sakıncalı olan durumlar da sıralanmıştır. Tamamen artılardan oluşan tek bir kaplama türünün uygulanması, bu koşullarda olanak dışıdır, çünkü birçok parametre birbiri ile çelişmektedir bu nedenle üstyapı seçiminde, o yoldan beklenen performans ve ülkenin çeşitli koşulları (ekonomi, iklim, trafik, teknik olanaklar, kalite tercihi vs.) dikkate alınmak ve optimum sonuca ulaşmak zorunluluğu doğmaktadır. 22

39 Çizelge 3.3 : Rijit-Esnek üstyapı kıyaslaması. [2] Parametreler Esnek Üstyapı Rijit Üstyapı - Trafiğe çabuk açılabilme Demir donatı kullanabilme Onarım sıklığı Dayanıklılık Islak halde kayma sürtünme katsayısı Zayıf taban zemininin bulunması Yapım sırasında ısı kaybının yol açacağı sorunlar Kaliteli agrega gereksinimi Derz yapma zorunluluğu Seyir konforu Gece seyirde görüş olanakları Yaşlanma ve kimyasal maddelerden etkilenme Yapım sırasında çevre kirliliğini artırıcı etki Enerji azlığından etkilenme Taban zeminindeki ıslaklık İklim koşullarına bağımlılık Trafikte yüksek yıllık artış oranı Trafikte düşük yıllık artış oranı Trafikte yüksek ağır taşıt oranı Üstyapı kaplama takviyesi Üstyapı temel+kaplama değişimi Yüksek iskonto oranı ve sınırlı yatırım kaynakları :çok avantajlı, çok uygun; +: avantajlı, uygun; -: sakınca yaratır, uygun değil; --:çok sakıncalı, hiç uygun değil 23

40 24

41 4. DÜNYADAKİ ve ÜLKEMİZDEKİ RİJİT ÜSTYAPI UYGULAMALARI Yolcu ulaşımında başlangıç ve varış noktaları, yük taşımacılığında ise üretim ve tüketim noktaları arasında aktarmasız bir ulaşım olanağı vermesi, taşıma kapasitesi ve güzergah seçiminde esneklik sağlaması, parça yüklerin daha kolay ve belli mesafelere kadar daha hızlı taşınabilmesi karayolu taşımacılığının başlıca özellikleridir. Bu özellikleri yanında, genelde aktarmalı taşımanın söz konusu olduğu demiryolu, denizyolu ve hava taşımalarında tamamlayıcı bir tür olması sebebi ile tüm dünyada karayolu taşımacılığı diğer taşıma türlerine göre daha hızlı bir gelişme göstermiştir. Taşıma istatistikleri incelendiğinde, gelişmiş ülkeler dahil hemen her ülkede yolcu ve yük taşımasında karayolu taşımacılığının önde olduğu görülür. Nitekim AB ülkelerinde 2000 yılı itibariyle yolcu taşımasında karayolunun payı %79,0, ABD de ise %89,1 dir. Oran Türkiye de %95,2 dir. Yük taşımacılığında ise kısa mesafeli kıyı deniz taşıması da nazara alınırsa karayolunun payı AB ülkelerinde %45,0, ABD de %69,4, Türkiye de ise %76,1 dir. Boru hattı taşıması nazara alınmazsa oran Türkiye de %92,2 ye varmaktadır. [10] Karayolu taşımasının belirtilen avantajlarına karşılık petrole dayalı enerjiyi kullanmasından kaynaklanan hava kirliliğine sebep olması, ayrıca hemen her ülkede yaşanan trafik kazalarının getirdiği büyük maddi ve manevi kayıplar, kentlerde yaşanan trafik tıkanıklıkları, karayolu ulaşımının başta gelen olumsuzluklarıdır. Bugün dünyadaki toplam CO 2 emisyonunun %25 i, CO emisyonunun %80 i, NO x bileşenlerinin %50 si karayolu ulaşımından kaynaklanmaktadır. Trafik kazalarında tüm dünyada ölenlerin sayısı yılda dolayında olup bir kısmı sakatlıkla sonuçlanan 15 milyon dolayında yaralanma meydana gelmektedir. OECD ülkelerinde ölüm, yaralanma ve mal hasarı olarak trafik kazalarının maliyeti bu ülkelerin gayri safi milli hasılalarının %1 ile %2 si arasında değişmektedir. Diğer yandan karayolu taşımasında petrole dayalı enerji kullanımı yanında yolcu-km ve ton-km başına tüketilen enerji diğer türlere göre önemli miktarda fazladır. 25

42 Dünyadaki gelişmenin benzeri ve daha belirgini ülkemizde görülmektedir. Yani, yukarıda verilen sayılardan da anlaşılacağı üzere, toplam yolcu ve yük taşımalarında karayolu taşımasının payı diğer taşıma türlerine göre çok yüksektir. Bu durum, ülkemizin enerji olanaklarına ters düşmesi yanında karayolu ağının kısa sürede bozulmasının ve çevre kirlenmeleri ile kazalar açısından yaşanan olumsuzlukların başlıca sebebidir. Gerçekte ülkemizdeki karayolu altyapısı; km 2 ye düşen yol uzunluğu, ayrıca standartları bakımından gelişmiş ülkelere ve girmek istediğimiz AB ülkelerine göre oldukça zayıftır (Çizelge 4.1). Ancak, demiryolu ve denizyolu taşımasının altyapı ve işletmecilik olarak karayolundaki gelişmeye göre çok geride kalması, bu durumu, yani taşıma türleri arasındaki dengesizliği yaratmış, hem yolcu hem de yük taşımasında karayolu çok belirgin şekilde öne çıkmıştır. Çizelge 4.1:AB ülkeleri ve ülkemizde karayolu varlığına ilişkin bazı göstergeler.[10] Ülke 1000 km 2 ye düşen karayolu uzunluğu (km) BELÇİKA ,1 DANİMARKA ,6 ALMANYA ,0 İSPANYA ,0 FRANSA ,2 YUNANİSTAN ,6 İTALYA ,5 İRLANDA ,8 LÜKSEMBURG ,4 HOLLANDA ,6 PORTEKİZ ,6 İNGİLTERE ,9 AVUSTURYA ,2 FİNLANDİYA ,8 İSVEÇ ,7 TÜRKİYE ,9 AB ORTALAMASI , nüfusa düşen karayolu uzunluğu (km) Türkiye Cumhuriyeti, Osmanlı İmparatorluğu ndan km si bozuk ve bakıma muhtaç durumda olan km lik karayolu ağı devralmıştır. Cumhuriyetin ilk yıllarında demiryolu yapımına ağırlık verilmesi ile 1950 li yıllara kadar karayolu ağında kayda değer bir iyileştirme olmamıştır. Bu dönemde çıkarılan Yol Kanunu ile Nafıa Vekaleti bünyesindeki Şose ve Köprüler Reisliği nin çalışmaları olmuşsa da dünya ekonomisindeki durgunluk, ayrıca 2. Dünya Savaşı nın getirdiği sıkıntılar 26

43 sonucu yeterli mali kaynak ayrılamamış olması, bu dönemde karayolu yapımında gelişmeyi önlemiştir. Karayolu altyapısında görülen sıçrama, konuya yeni bir bakış açısı ile yaklaşılması ve 1 Mart 1950 tarihinde Karayolları Genel Müdürlüğü nün kurulması ile başlamıştır. İlk dönemlerde tekerlek dönsün düşüncesi ile kısa sürede büyük yerleşme merkezlerinin birbirlerine bağlanması amaçlanmış, kazma-kürek yani insan gücü ile inşaat yerine makineli inşaatın öne çıkması sonucu kısa sürede büyük başarılara ulaşılmıştır. Bugün mevcut olan devlet ve il yollarının büyük kısmı bu dönemde oluşturulmuştur. [10] 1970 li yıllarda ekonomide başlayan canlanma, ayrıca otomotiv sanayinin başlaması ile motorlu taşıt ve özellikle yük taşıtlarındaki hızlı artışın sonucu olarak, 1950 li yıllarda bir an önce erişilebilirliği sağlama düşüncesi altında, ayrıca kıt kaynaklarla oluşturulan yol ağında hem kapasite, hem de yapısal olarak yetersizlikler görülmeye başlanmıştır. Bu gelişmeler doğrultusunda İstanbul da Boğaziçi Köprüsü ve Çevre Yolu işletmeye girmiş, yüksek standartlı yol olarak İstanbul-İzmit arasında ekspres yol inşaatı başlamıştır li yılların başında hızla artan karayolu trafiğinin ülkemize getirdiği olumsuzluklar ve taşıma türleri arasındaki dengesizliğin gittikçe belirginleşmesi üzerine, ulaşım altyapısının bir plana bağlı olarak geliştirilmesini hedefleyen Ulaşım Ana Planı hazırlanmışsa da plan uygulanma fırsatı bulamadan gündemden kalkmış ve otoyol ağırlıklı karayolu yapımı benimsenmiştir. Bugün itibariyle kullanımda km otoyol bulunmaktadır. Bu konudaki son gelişme, gereksinim duyulan kesimlerde daha düşük maliyetli bölünmüş yolların yapılmasıdır. Hükümet karayolu ağındaki km lik kesimi bölünmüş yola dönüştürmeyi planlamış olup bunun km lik kısmının tamamlandığı ifade edilmektedir. Konuya taşımacılık açısından bakıldığında, daha önce de vurgulandığı gibi, karayolu taşıması pek az ülkede rastlanabilecek şekilde çok etkin olmasına karşılık, gerek yolcu ve gerek yük taşımacılığında verim düşüktür. Kapasite fazlalığı vardır. Trafik güvenliği zayıftır. Bunun önde gelen sebeplerinden biri, taşımacılıkta kurumsallaşmanın özellikle yük taşımacılığında olmak üzere çok düşük düzeyde olmasıdır. Kamyoncu esnafının hakim olduğu bu sektörde, taşımalar gelişmeyi önleyici yıkıcı bir rekabet ortamında yapılmaktadır. Benzer durum yolcu taşımacılığında da söz konusudur. 27